[發明專利]放射性過濾芯固化處理方法和系統

有效

• 申請號: 202110684850.8
• 申請日: 2021-06-21
• 公開（公告）號: CN113421684B
• 公開（公告）日: 2022-07-01
• 發明（設計）人: 李玉松;朱冬冬;鮮亮;賀誠;李寶軍;汪潤慈
• 申請（專利權）人: 中國原子能科學研究院
• 主分類號: G21F9/30
• 分類號: G21F9/30
• 代理公司: 北京市創世宏景專利商標代理有限責任公司 11493
• 代理人: 劉向輝

本發明的實施例公開了一種放射性過濾芯處理方法和系統，包括如下步驟：將放射性過濾芯的金屬框架拆除以獲取放射性玻璃纖維；獲取放射性玻璃纖維中硅元素的含量；制備固化劑，其中，固化劑中包括硅元素，根據放射性玻璃纖維中的硅元素含量以及固化產物中硅元素含量的期望范圍，確定固化劑中硅元素含量的期望范圍，并基于固化劑中硅元素含量的期望范圍確定固化劑的配方，以根據配方制備固化劑；將放射性玻璃纖維與固化劑混合加熱形成熔融態物質；對熔融態物質進行降溫，以獲得固化產物。根據本發明實施例的放射性過濾芯處理方法和系統能夠提高固化產物的質量，獲得較為理想的處理效果。

技術領域

本發明涉及化工處理技術領域，特別是涉及一種放射性過濾芯固化處理方法和系統。

背景技術

隨著核工業的迅速發展，如何對核工業中產生的大量放射性廢物進行處理是亟待解決的問題，固化處理是一種能夠較為安全和高效的對放射性廢物進行處理的方法。

固化是指選擇穩定性較高的固化基質長時間包容這些核素，常用的固化方法有玻璃固化、陶瓷固化、玻璃陶瓷固化、人造巖石固化以及各種水泥固化等等。其中，玻璃固化技術比較成熟，并且，玻璃固化體具有浸出率低、輻照穩定等優點，使得玻璃固化技術成為固化技術研究的熱點。

玻璃固化是將高放廢液與玻璃基材按一定比例混合后，在高溫900-1200度下煅燒、熔融、澆注，經退火后轉化為穩定玻璃固化體。以磷酸、磷酸鹽或其他含磷物質作玻璃形成劑的稱為固化，以和作玻璃形成劑的稱為固化。

玻璃固化的研究開始于20世紀50年代末，早期對磷酸鹽玻璃固化研究較多，隨后發現磷酸鹽玻璃固化體貯存一段時間后形成晶體，失去透明性，使的浸出率顯著增加，而且磷酸腐蝕性強，熔融器和固化尾氣管道需用鉑作材料。于是研究工作的重點轉向硼硅酸鹽玻璃固化。研究結果證明，硼硅酸鹽玻璃是較理想的高放廢液固化基材。

迄今為止，玻璃固化已經發展了4代，第1代熔制工藝是感應加熱金屬熔爐，一步法罐式工藝。罐式工藝是將高放廢液的蒸發濃縮液和玻璃形成劑同時分別加入金屬罐中，金屬罐用中頻感應加熱，分為若干區，廢液在罐中蒸發，與玻璃形成劑一起熔融、澄清，最后從下端凍融閥排出熔制好的玻璃。

第2代熔制工藝是回轉煅燒路+感應加熱金屬熔爐兩步法工藝，這是在罐式工藝上發展起來的工藝，第1步驟中高放廢液先在回轉煅燒爐中煅燒成固態煅燒物，第2步把煅燒物與玻璃形成劑分別加入中頻感應加熱金屬熔爐中，在那里熔鑄呈玻璃，最后通過凍融閥注入玻璃儲罐中。這種工藝的優點是能夠進行連續生成，處理量較大，缺點是工藝比較復雜，熔爐壽命不夠長。

第3代熔制工藝是焦耳加熱陶瓷熔爐工藝，焦耳加熱陶瓷熔爐（簡稱電熔爐）工藝最早是由美國太平洋西北實驗室所開發，焦耳加熱陶瓷熔爐采用電極加熱，爐體由耐火陶瓷材料構成。高放廢液與玻璃形成劑分別加入熔爐中，高放廢液在熔爐中進行蒸發與玻璃形成劑一起熔鑄成玻璃。熔制的玻璃由底部凍融閥或溢流口以批式或連續方式出料。焦耳加熱陶瓷熔爐工藝處理量大，熔爐壽命比較長（約5年），缺點是熔爐體積大，給退役帶來困難，熔爐底部的貴金屬可能會沉積，從而影響出料。

第4代熔制工藝是冷坩堝感應熔爐工藝。冷坩堝是采用高頻感應進行加熱，爐體外壁為水冷套管和高頻感應圈，不使用耐火材料，也無需電極加熱。高頻（300-13000kHz）感應加熱使玻璃熔融，由于水冷套管中連續通過冷卻水，因此爐內近套管處形成一層固態玻璃殼體，熔融的玻璃責備包容在自冷固態玻璃層內，頂上通常還有一個冷罩，以限制易揮發物的釋放。冷坩堝除了可以熔鑄玻璃外，還可以用來熔融廢金屬、處理乏燃料包殼、焚燒高氯高硫的廢塑料和廢樹脂等。

冷坩堝熔爐的優點是熔制溫度高（可達1600-3000℃），可處理對象多，熔融的玻璃不直接與金屬接觸，腐蝕性小，爐體壽命較長，尾氣處理也比較簡單。基于此，冷坩堝技術是我國乃至全世界著力研究的熱點技術。

放射性過濾芯是核電廠中較為常見的放射性廢物之一，過濾芯通常由金屬框架和固定在金屬框架上的玻璃纖維組成，其中主要需要處理的是放射性的玻璃纖維。